GCB加装在线监测方案及必要性

GCB 加装在线监测方案及必要性

摘要：GCB由于其特殊性，长期工作于低电压大电流，频繁动作，经过长期

运行后，其气室中的SF6气体包括触头产生的温度势必会影响GCB的寿命。因此对于GCB的SF6气体的密度、湿度、温度和压力的监测是非常有必要的。通过分析气室的压力、温度和环境温度，提前预警GCB状态，方案与未然。本文章提供一个GCB加装在线监测的真实方案，并且通过一个另案例说明加装在线监测装置的必要性。

关键词：断路器；GCB；在线监测；故障；技改

一、项目背景

根据本电厂要求，现场GCB设备需要实现SF6气体在线监测功能，采用威卡GDHT-20系列传感器采集SF6气室气体密度/压力、微水、温度信号，就地配置在线监测 IED 柜，系统具备就地综合显示和远传接入(符合 IEC61850 规约)变电站综合在线监测后台功能。

二、方案说明

此方案现场安装就地监测IED柜，柜内配置威卡专用采集器(OMS系列集线器)通过RS485总线电缆分别连接至现场气室的GDHT-20传感器(采集器与传感器配

比为1：4，采集器具备传感器供电功能)。柜内所有采集器通过 RS485 输出接口连接至协议转换设备(IED智能终端)将接口转换为以太网，最终通过交换机将密度、微水、温度等信号通过光纤送出至后台综合在线监测交换机，同时就地监测柜可配置综合显示装置。

三、方案结构

3.1整体结构

3

就地控制柜

根据现场电气设备布置，以保证信号稳定传输为原则，合理安排控制柜的距离和数量。

光纤交换机

负责多个就地控制柜之间的信号集中处理，统一传输给后台系统。

OMS-2001型61850协议转换器（IED）

将智能转换终端的RS485信号转换为符合国家电网要求的IE61850通信规约的光纤信号进行传输，减少传输中的损耗。

OMS-1001型传感器信号智能终端

所有智能转换终端通过排插的方式连接，整体机构紧凑，功能上，排插负责电源供给，同时将所有数据以总线制的方式传至上侧。就地显示部分可进行按钮式的调试操作。自动设定4个传感器的地址，方便进行信号管理和故障排查。

GDHT-20六氟化硫密度传感器

将GDHT-20安装在被测电气设备气室接口上，4个GDHT-20连接到上侧的智能转换终端，每一个转换终端负责给4个传感器供电，同时就地显示4个被测气室的温度值、P20值和水分值，并远传数据包给上侧。

.2详细结构

四、配置清单表

根据现场情况，总共4套 GCB，每套GCB三相气室采用管路连接，每套GCB 共需配置4个监测传感器。

1.

GCB加装在线监测必要性

行业内部出现过GCB因为灭弧室内动主触头销轴设计时两侧间隙裕度不足，

在连杆、衬套等部件磨损后引起内部碰撞，导致销轴的锁定螺钉断裂，造成销轴

脱落，最终导致内部烧毁的事故。该GCB具有以下缺点：1.未安装压力释放装置，原本用来安装压力释放装置的孔洞被厂家用铝板封住；2.GCB仅配置六氟化硫气

体压力表，压力表仅具备欠压报警和低压闭锁功能，无实时压力监测功能；

3.GCB未配置温度压力在线监测装置。

该GCB所在发电机停机后于下午15：:59分并网运行，53分钟持续通流

16kA，16:53监控报发电机保护动作停机。保护动作后，向GCB发跳闸命令，发

电机和主变低压侧的A、B相在GCB跳闸时刻即实现了电气分离，而C相电压波

形相同并持续了702ms，才断开。事故后对GCB进行解体，发现GCB箱体裂开，

灭弧室分解成两部分，动触头联动机构室旋转了180度，后果严重。

解体后，从C相GCB动静触头的烧蚀、熔化情况可知，GCB内部导电部件大

量发热；从传动机构底部金属溶液凝结体中含有较多铜、钨元素可知，动弧触头

发热长时间存在且发生了溶液流动，导致金属元素迁移。

分析得出由于发电机C相GCB在其倒数第二次分闸时，动触头连杆臂销轴螺

杆断裂，使得动触头合闸不成功，仅动触头合闸，运行电流下GCB严重发热，热

量使金属溶液向GCB底部流淌，将流淌通道上的其他材料熔化，分闸时动弧触头

及其附件已经失去了灭弧能力，电弧作用下原本高温的动弧触头进一步熔化，使

得分闸电弧扩散，动静触头及气室被灼烧。分闸后主回路靠近GCB底部的部分被

金属溶液及散落的动静触头导电部分桥接，使得C相无法实际分断，电弧持续燃烧。C相GCB操作机构动作到最终解体经历了702ms，再次期间，陆续发生了十

几次电弧放电，电弧使金属部件熔化和气体压力持续增高，最终导致气室解体。

如果该GCB加装了在线监测装置，那么能通过温度和压力及时发现问题，杜

绝因为此类故障导致的人员伤亡和经济损失。

参考文献

1.

发电机出口断路器故障分析及防范刘守豹[2]长河坝电站GCB在线监测方案